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Das Hebelgesetz


Das Hebelgesetz: ein alltäglicher Begleiter

Hebel findet man, in all ihren unterschiedlichen Erscheinungsformen, im alltäglichen Leben. Sie dienen dazu, die eingesetzte Kraft umzuformen.

 

Häufig verwendet man einen Hebel dazu, um kleine Kräfte - z. B. die eigene Muskelkraft - in größere Kräfte umzuwandeln. 

Ein unbekannter Künstler zeigt, wie Archimedes den Hebel an der Weltkugel ansetzt. Der Grieche formulierte als erster das Hebelgesetz und damit die theoretische Grundlage für die spätere Entwicklung der Mechanik. (Quelle: pa)

 

Der Hebel: von Kraftarm und Lastarm

Das bei der Konstruktion und Anwendung von Zangen überaus wichtige Hebelgesetz geht zurück auf den griechischen Gelehrten Archimedes. Im 3. Jh. v. Chr. formulierte er das schon zuvor bekannte Prinzip des Hebels. Dabei stellte er die Formel „Kraft mal Kraftarm ist gleich Last mal Lastarm“ auf.

 

In der Praxis heißt dies, dass eine an einem langen Hebel – dem Kraftarm – eingesetzte Kraft in der Lage ist, eine vielfache Last am entsprechend kürzeren Lastarm zu bewegen. Prägnant illustriert hat Archimedes das Hebelgesetz mit dem ihm zugeschriebenen Satz: „Gebt mir einen festen Punkt, und ich hebe die Welt aus den Angeln“.

 

 

Die Zange: die Verbindung zweier Hebel mit gemeinsamem Drehpunkt

 

Eine wichtige Funktion von Zangen ist es, die eingesetzte Handkraft zu verstärken. Durch Konstruktion eines hohen Übersetzungsverhältnisses über die entsprechende Gestaltung der Zangenschenkel, des Gelenks und der Greifbacken oder Schneiden einer Zange, erreichen Ingenieure eine vielfache Verstärkung der aufgewendeten Kraft. Dabei begrenzt die Greifweite der menschlichen Hand die Öffnungsweite und somit die mögliche Länge des Kraftarms. Deshalb kommt der Konstruktion des Gelenks ganz besondere Bedeutung zu.

 

Denn je kleiner der Abstand zwischen Schnittpunkt und Gelenk (Lastarm) und je länger der Hebel (Kraftarm), desto größer ist die Schnittkraft bzw. desto höher ist die Hebelübersetzung. Sind die Griffe kürzer, ist die Hebelübersetzung kleiner, und es steht weniger Kraft zum Schneiden zur Verfügung. 

 

Durch seine spezielle Gelenkkonstruktion erreicht der KNIPEX TwinForce® beim Schneiden eine 39-fache Handkraftverstärkung. Der Schnittpunkt konnte bei dieser Zange so nah an das Gelenk gesetzt werden, dass dieser Seitenschneider die höchste Kraftübertragung in der Welt der Seitenschneider erreicht.

 

Die Drahtseilschere 95 62 160 ist mit einem besonders stabilen Gelenk ausgestattet. So konnte auch der Abstand zwischen Gelenk und Schneide klein gehalten werden, wodurch die Drahtseilschere eine sehr hohe Hebelübersetzung bei lediglich 160 mm Länge aufweist.

Der KNIPEX TwinForce® leistet bei einer Handkraft von 500 N eine Schneidkraft von bis zu 19.500 N, also eine 39-fache Handkraftverstärkung.

FS = Schneidkraft, FH = Handkraft, l1 = Krafthebel, l2 = Lasthebel